宇宙中有天体。哈勃望远镜观测宇宙时会被遮挡吗?

哈勃太空望远镜可以观测遥远宇宙中的星系,但是宇宙中充满了各种各样的天体。行星或星系不会挡住哈勃的观测视线吗?

宇宙中有如此多的天体,一个星系将包含数亿颗恒星和行星。行星或星系确实阻挡了来自遥远星系的光线,所以哈勃无法接收到光线,所以无法观测到这些遥远的星系。

但是,宇宙是非常空虚的,尤其是星系间的空间是极其空虚的。整个宇宙的平均密度只有1?10-29 g/cm3,相当于普通水10万亿密度的十亿分之一。此外,哈勃体积中的星系数量可能多达万亿。在这样一个空旷的空间里,光刚好被遮挡的星系比例非常小,而大部分星系发出的光最终都能到达地球,所以哈勃可以观测到大量遥远的星系。

背景星系发出的光会被质量较小的星系遮挡,但大量星系形成的星系团不会遮挡背景星系。因为大质量星系团会强烈弯曲周围的空间,背景星系发出的光到达星系团时会沿着弯曲的空间移动,所以可以绕过星系团继续向前传播,最终到达地球,这就是广义相对论预言的引力透镜效应。

通过引力透镜效应,哈勃望远镜可以观测到星系团背后的星系。例如,位于22亿光年之外的Abel 1689星系团质量巨大,扭曲了背景星系的图像。

如果星系的排列恰到好处,有时会出现非常特殊的现象,爱因斯坦环:

在上图中,明亮的红色前景星系(LRG 3-757)正好与蓝色背景星系和地球在一条线上。前景星系的引力扭曲了背景星系发出的光,形成了爱因斯坦环。

除了爱因斯坦环,还有更罕见的爱因斯坦十字架:

上图中,十字的中心是位于4亿光年外的前景星系,其周围的四个亮点是位于80亿光年外的类星体(活动的超大质量黑洞)。类星体只有一个,但由于引力透镜效应,呈现四重像,形成爱因斯坦十字。

甚至星系团的引力透镜效应也能起到放大镜的作用,从而可以直接观测到极其遥远的恒星。MACS J1149.5+223是一个位于50亿光年之外的大型星系团。它强大的引力透镜效应放大了背后遥远的恒星,使哈勃能够观测到一颗位于94亿光年之外的恒星。正常情况下,以哈勃有限的分辨率,最远只能观测到1亿光年外的一颗恒星。

此前,哈勃太空望远镜对天空中一个非常小的黑暗区域进行了长时间曝光拍摄,时间长达20多天。结果观测到了5500个遥远的星系,它们的光到达地球并被哈勃接收需要6543.8+032亿年。这是著名的哈勃深空(XDF)。

哈勃深空的星系非常年轻,因为它距离宇宙形成只有6亿年。经过漫长的时间,这些星系现在已经演化成了类似银河系的大型星系。但是由于光速的限制和空间的膨胀,我们无法观测到这些星系目前的景象。